Сварные конструкции. Расчет и проектирование

СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

При загружений стойки силой, приложенной централь­но, поперечная сила Q=0. В действительности в стойке мо­гут существовать незначительные искривления оси и не­значительные эксцентриситеты приложения силы. Зги об­стоятельства вызывают появление поперечной силы. На основе многочисленных экспериментов, проведенных в СССР, при загружений стойки силой, действующей вдоль оси, условную поперечную силу выражают разными путя­ми. Например, можно приближенно определять по эмпири­ческой формуле:

QJCJ1 = 200 А, Н, (10.16)

где А — площадь поперечного сечения стойки, см*.

Этой формулой следует пользоваться при расчете стоек из низкоуглеродистой стали, а также из сплава АМгб.

При расчете конструкций из стали повышенной проч­ности и сплава Д16Т целесообразно пользоваться другой условной формулой:

Qyc, = 400A, Н. (10.17)

В конструкции, изображенной на рис. 10.6, а, в стойке возникает реальная поперечная сила Q, равная горизон­тальной реакции:

Q = (10.18)

Когда в стойках реальные поперечные силы больше, чем условные, определенные по формулам (10.16) и (10.17), то в качестве расчетной принимают реальную поперечную

силу Q.

В сжатых стойках, имеющих сплошные поперечные се­чения, соединительными элементами являются евзрные швы. Их конструируют непрерывными (рис. 10.6, б). Рас­четным усилием в соединительных швах является попереч­ная сила: реальная, если она существует, и условная, опре­деляемая по формуле (10.16) или (10.17). В последнем случае должно выполняться условие Q<Q, Cfl>

Касательные напряжения в соединительных швах опре­деляют по формуле

'-Ms-<|0|9>

где J — момент инерции всего сечения относительно оси; S — статический момент площади пояса (рис. 10.6, б, в).

Для конструкции, изображенной на рис. 10.6, г срезы­вающие напряжения в продольном шве определяются по формуле

'-ш - t‘0.20)

где 5=/1-е; А — площадь полукольца; s — толщина стен­ки; е — расстояние от центра тяжести пат у кольца от цент­ра трубы.

В большинстве случаев напряжения в швах от попереч­ной силы оказываются незначительными Тем не менее размер катета шва следует принимать /С>4 мм, если наи­меньшая толщина соединяемых элементов больше 4 мм.

Пример расчета (см. рис. 10.3, париакт 2). Определить напряже­ния в соединительных элементах, где К— 5 мм, Л=84 см*, матери­ал — сталь І5ХСНЛ, сварка автоматическая 0=1,0).

По формуле (10,17) определим

Qy„ =400-84 = 33 600 Н.

Момент инерции сечения

Определяем статический момент пояса относительно централь­ной оси:

S =- 528 см*.

Напряжения в швах определяем по формуле (10.18): т = (0,0336-528- 10-')/(10-в-11861 -20.5-10’*) = 22,7 МПа.

В стойках составного поперечного сечения планки между ветвями стойки целесообразнее вваривать стыковыми шва­ми, так как при этом число швов, требуемых для прикреп­ления планок, меньше, чем при других способах соедине­ний (рис. 10.7, а). Однако вследствие технологических трудностей чаще применяются соединения с угловыми шва­ми (рис. 10.7, б). Ширина планки h определяется при расчете на прочность. Учиты­вая требование жесткости, ширина планки Л>0,56. Тол­щина планки должна быть bjs^50, где Ь0 — расстояние между ветвями, см.

Ветви поперечного се­чения сжатого элемента дополнительно соединяют между собой диафрагмами, расположенными перпенди­кулярно оси элемента (см. рис. 10.5, а). Назначение

диафрагм — препятствовать скручиванию профиля, ко­торое может произойти из - за взаимного смещения вет­вей. Число диафрагм в эле­менте зависит от его длины, но не должно быть меньше двух. Диафрагмы на прочность не рассчитывают. Их геометрические размеры зависят от расстояния между ветвями и от поперечного сечения стой­ки. Толщина диафрагмы равна толщине соединительной планки. Конструирование сжатых составных элементов только с одними диафрагмами, без соединительных планок или решетки, неприемлемо, так как при этом обе ветви стойки работают раздельно, а не как одно целое. Расчет прочности планки производится в основном на изгибающий

где h — расстояние между осями планок; Q — поперечная сила.

Напряжение в планке, вызванное изгибающим моментом

а —^ [°]р.

Наименьшая требуемая ширина планки определяется по формуле

(10.23)

Если соединение планок со стойкой стыковое, то напря­жение в швах определяется из условия

(10.24)

Если планки приварены угловыми швами, то их условия прочности определяются формулой

Л1 = тт.|.тр/Са(А + /С).

Обозначения величин приведены на рис. 10.7, б.

Пример расчета (рис. 10.7). Произвести расстановку соедини­тельных планок в конструкции стойки и определить их прочность.

Сечение состоит из двух швеллеров Ni 22а. Принимаем (о) = *=210 МПа.

Наименьший момент инерции швеллера Ni 22а относительно собственной вертикальной оси 157,8 см4, его площадь А =

Принимаем толщину планки s=»0,8 см. Ее требуемая ширина определяется по формуле (10.23):

. ,/ 0,0056 6

Принимаем Л«=15см.

Размеры горизонтальных швов: а=5 см, /(=0,8 см. Напряже­ние в швах от изгиба при ручной сварке (0=0,7) определяется Пб формуле (10.25):

0,00560-10-* , 0,7 0,8-15» Mtun.

Т= O',7-0,8-5(І5Ч-0,8)+------------------------ 6------------- =99,3 МПа,

что ниже допускаемого [т']=0,65 [о)р= 136,5 МПа,